冷知识：1秒有多长？

为什么硬的东西都是脆的？

要回答也不难，我们要先定义一下什么叫“硬”，什么又叫“脆”。所谓“硬”，就是抵抗压强导致的形变的能力。所谓“脆”，就是忍受形变的能力很小，延展性差，稍有形变就会遭到破坏。

不过需要说明的是，这个问题本身并不普遍成立。比如，钢铁硬而韧，石墨软却脆。这里只针对成立的情况做一些说明。

为了说得更清楚，我们先列举几个硬东西：金刚石、大理石、蓝宝石、水晶、玻璃。我们再列举几个延展性好的软东西：橡皮筋、塑料袋。

不知道你注意到没有，这两类东西最大的区别在于，硬的东西都是直接通过原子的共价化学键相连的（注意，玻璃不是晶体，但其内部也是通过共价键相连的，只是没有周期结构而已），而软的东西都通过氢键和分子间力拴在一起。

这样问题就很简单了，共价键的强度远大于氢键和分子间力，因此共价键很难被拉开，分子间力却很容易被破除。在产生相同的形变时，以共价键相连的物体需要更多的功，于是表现得“硬”。但共价键本质上是原子外层电子波函数的叠加，所以作用范围非常小，跟原子的尺度是一样的。也就是说，共价键稍微被拉远一些就无法继续保存了。而分子间力不要求波函数直接叠加，所以作用范围大得多（比如橡皮筋中的分子间力主要依靠熵增）。于是，硬的东西往往比软的东西“脆”。注意，我在这里回避了金属键的软硬问题，因为金属的软硬分析比较复杂，要分析具体的晶体结构，要分析位错的生长，以及具体的杂质带来的位错钉扎。

近的快，远的慢？

有这样一个情景：坐在火车上透过玻璃往外看，离得越近的东西“走”得越快（比如铁轨和路杆），而远的东西（比如建筑和树）好像就“走”得比较慢。这是为什么？

因为它们“走”过你视野的快慢不同。

所有这些静止的物体相对于你的速度都是一样的，此其一。你的视野范围大致在一个圆锥里面，距离越远（越接近圆锥的“大头”），你能看到的范围就越大，此其二。

假设火车的速度是10米/秒，对于离你只有2米远的景物，你的视野是一个半径几米的圆，所以2米远处的路杆可以在1秒内从你的视野中出现又消失；而对于离你1000米的景物来说，你的视野是一个半径数千米的大圆，于是这棵树会优哉游哉地在你眼中待上好几分钟。

1秒有多长？

在历史上，1秒曾经的定义是地球自转一圈的1/24的1/3600。后来，随着生产和研究的发展，我们需要越来越精确的时间度量。地球自转一圈的时间并不是很精确，它是会上下浮动的。地球12月底自转一圈的时间比春分、秋分时长了几十秒。

那我们到底该用哪一天的自转来定义秒呢？

所以，我们把1秒的定义改成了铯133原子基态在0K时的两个超精细能阶间跃迁对应辐射的9192631770个周期的持续时间。这个时间间隔非常非常精确，而且在全宇宙都是一样的。之所以用9192631770这么奇葩的次数，是为了和历史上秒的定义时长尽量吻合。在2018年召开的国际计量大会上，千克也由普朗克常数重新定义，定义比秒复杂得多，但是对于科学家来说，这些定义更加精确，能更好地为科研服务。